本书包含了几何光学的基本原理及其在透镜设计中的应用。既包含了镜头设计的经典部分，也包含了重要的现代方法、工具和仪器，包括当代天文望远镜，高斯光束及计算机镜头设计。在受人尊敬的学者们的镜头设计课程中已经用本书进行了广泛的课堂教学。本书简明扼要地解释了光学系统的设计和评价的复杂性。书中还讨论了元件的选择、优化和整合并形成一个有效的光学装置。作者分析了多种光学材料、元件和系统的性能，从简单的放大镜到复杂的摄影镜头、眼科光学设备、望远镜、显微镜、投影系统。第3版更新的内容：?改进了插图，其中32张换成了彩图。?整体进行了更新，反映了在该领域的研究进展。?新添加了Buchdahl高阶像差的资料。?扩展并改进了基于光程计算波前像差的方法。?更新了附录中的光学材料的列表。?初级像差的描述更详细明确。?增加了重要的新出版物的引用。?按新的光学玻璃更新光学系统设计实例。?增加了25个新的设计实例。结合光学系统设计的基本理论和实用细节，本书可供学生们使用，同时，对科学家和光学仪器工程师们来说也极具参考价值。
一、制造技术长盛永恒先进制造技术是２０世纪８０年代提出的，它由机械制造技术发展而来，通常可以认为它是将机械、电子、信息、材料、能源和管理等方面的技术，进行交叉、融合和集成，综合应用于产品全生命周期的制造全过程，包括市场需求、产品设计、工艺设计、加工装配、检测、销售、使用、维修、报废处理、回收利用等，以实现优质、敏捷、高效、低耗、清洁生产，快速响应市场的需求。因此，当前的先进制造技术是以产品为中心，以光机电一体化的机械制造技术为主体，以广义制造为手段，具有先进性和时代感。
制造技术是一个永恒的主题，它与社会发展密切相关，是设想、概念、科学技术物化的基础和手段，是所有工业的支柱，是国家经济与国防实力的体现，是国家工业化的关键。现代制造技术是当前世界各国研究和发展的主题，特别是在市场经济高度发展的今天，它更占有十分重要的地位。
把信息技术引入制造技术，使制造技术产生了革命性的变化，出现了制造系统和制造科学。制造系统由物质流、能量流和信息流组成，物质流是本质，能量流是动力，信息流是控制；制造技术与系统论、方法论、信息论、控制论和协同论相结合就形成了新的制造学科。
制造技术的覆盖面极广，涉及机械、电子、计算机、冶金、建筑、水利、电子、交通运输、农业以及化学、物理学、材料学、管理科学等领域。各个行业都需要制造业的支持，制造技术既有普遍性、基础性的一面，又有特殊性、专业性的一面，既具有共性，又有个性。
我国的制造业涉及以下三方面的领域：
机械、电子制造业，包括机床、专用设备、交通运输工具、机械设备、电子通信设备、仪器等； 资源加工工业，包括石油化工、化学纤维、橡胶、塑料等； 轻纺工业，包括服装、纺织、皮革、印刷等。
目前世界先进制造技术沿着全球化、绿色化、高技术化、信息化、个性化和服务化、集群化六个方向发展，在加工技术上主要有超精密加工技术、纳米加工技术、数控加工技术、极限加工技术、绿色加工技术等，在制造模式上主要有自动化、集成化、柔性化、敏捷化、虚拟化、网络化、智能化、协作化和绿色化等。
二、图书交流源远流长近年来，国际间的交流与合作对制造业技术进步领域的发展及重大关键技术的 Ⅳ 光学设计手册（原书第３版）突破起到了积极的促进作用，制造业科技人员需要及时了解国外相关技术领域的最新发展状况、成果取得情况及先进技术应用情况等。
必须看到，我国制造业与工业发达国家相比，仍存在较大差距。因此必须加强原始创新，在实践中继承和创新，学习国外的先进的制造技术和经验、引进消化吸收创新，提高自主创新能力，形成自己的创新体系。
国家、地区间的学术、技术交流已有很长的历史，可以追溯到唐朝甚至更远一些，唐玄奘去印度取经可以说是一次典型的图书交流佳话。图书资料是一种传统、永恒、有效的学术、技术交流方式，早在２０世纪初期，我国清代学者严复就翻译了英国学者赫胥黎所著的《天演论》，其后学者周建人翻译了英国学者达尔文所著的《物种起源》，对我国自然科学的发展起到了很大的推动作用。
图书是一种信息载体，图书是一个海洋，虽然现在已有网络、光盘、计算机等信息传输和储存手段，但图书更具有广泛性、适应性、系统性、持久性和经济性，看书总比在计算机上看资料要方便习惯，不同层次的要求可以参考不同层次的图书，不同职业的人员可以参考不同类型的技术图书，同时它具有比较长期的参考价值和收藏价值。当然，技术图书的交流具有时间上的滞后性，不够及时，翻译的质量也是个关键问题，需要及时、快速、高质量的出版工作支持。
机械工业出版社希望能够在先进制造技术的引进、消化、吸收和创新方面为广大读者做出贡献，为我国的制造业科技人员引进、纳新国外先进制造技术的出版资源，翻译出版国际上优秀的制造业先进技术著作，从而能够提升我国制造业的自主创新能力，引导和推进科研与实践水平的不断进步。
三、选择严谨质高面广（１）精品重点高质 本套丛书作为我社的精品重点书，在内容、编辑、装帧设计等方面追求高质量，力求为读者奉献一套高品质的丛书。
（２）专家选择把关 本套丛书的选书、翻译工作均由国内相关专业的专家、教授以及工程技术人员承担，充分保证了内容的先进性、适用性和翻译质量。
（３）引纳地区广泛 主要从制造业比较发达的国家引进一系列先进制造技术图书，组成一套“国际制造业先进技术译丛”。当然其他国家的优秀制造科技图书也在选择之内。
（４）内容先进丰富 在内容上应具有先进性、经典性和广泛性，应能代表相关专业的技术前沿，对生产实践有较强的指导、借鉴作用。本套丛书尽量涵盖制造业各行业，例如机械、材料、能源等，既包括对传统技术的改进，又包括新的设计方法、制造工艺等技术。
（５）读者层次面广 面对的读者对象主要是制造业企业、科研院所的专家、研究人员和工程技术人员，高等院校的教师和学生，可以按照不同层次和水平要求各取所需。
译 丛 序 Ⅴ 四、衷心感谢不吝指教首先要感谢许多积极热心支持出版“国际制造业先进技术译丛” 的专家学者，感谢积极推荐国外相关优秀图书，仔细评审外文原版书，推荐评审和翻译的知名专家，特别要感谢承担翻译工作的译者，对各位专家学者所付出的辛勤劳动表示深切的敬意，同时要感谢国外各家出版社版权工作人员的热心支持。
本套丛书希望能对广大读者的工作提供切实的帮助，欢迎广大读者不吝指教，提出宝贵意见和建议。
机械工业出版社
译丛序
原书前言
原书第２版前言
原书第１版前言
第１章 几何光学原理１
１.１ 光的波动性与费马原理１
１.２ 反射和折射定律６
１.２.１ 反射定律６
１.２.２ 折射定律７
１.２.３ 折射定律的矢量形式８
１.３ 基本子午光线追迹方程组８
１.３.１ 子午光线追迹的Ｌ－Ｕ方法１１
１.３.２ 子午光线追迹的Ｑ－Ｕ方法１１
１.４ 高斯光学或者一阶光学１２
１.５ 成像１４
１.６ 孔径光阑、光瞳和主光线１６
１.７ 德拉诺关系２０
１.８ 光学正弦定理２０
１.９ 拉格朗日不变量２２
１.１０ 赫歇尔不变量和成像放大率２３
参考文献２５
第２章 薄透镜和球面镜２６
２.１ 薄透镜２６
２.２ 薄透镜的成像公式２８
２.３ 薄透镜的节点２９
２.４ 会聚透镜的成像３０
２.５ 发散透镜的成像３０
参考文献３１
第３章 透镜组和厚透镜３２
３.１ 焦距和光焦度３２
第４章 色差５０
第５章 球差６７
第６章 单色轴外像差８６
第７章 像差多项式和高阶像差１１７
第８章 光学系统的计算机评估１４5
第９章 光学系统中的衍射１６８
第１０章 棱镜１８5
第１１章 基本的光学系统和简单照相镜头２０１
第１２章 复杂摄影镜头２３５
第１３章 人眼和眼镜２５５
第１４章 天文望远镜２６８
第１５章 目视系统和无焦系统２９９
第１６章 显微镜３２2
第１７章 投影系统３３８
第１８章 镜头设计优化３５０
附录３６８
附录Ａ 符号规则和初级像差系数概述３６８
Ａ.１ 符号规则３６８
Ａ.２ 初级像差系数概述３７０
Ａ.２.１ Ｃｏｎｒａｄｙ形式３７０
Ａ.２.２ 数值计算３７１
附录Ｂ 光学表面的数学表示３７２
Ｂ.１ 非球面法线的偏差３７４
Ｂ.２ 二次曲面的一些参数３７５
Ｂ.３ 离轴抛物面３７６
Ｂ.４ 环面和球柱面３７７ 参考文献３７８
附录Ｃ 光学材料３７９
Ｃ.１ 光学玻璃３７９
Ｃ.２ 光学塑料３８３
Ｃ.３ 红外材料和紫外材料３８４ 参考文献３８４
附录Ｄ 偏斜光线的精确光线追迹３８５
Ｄ.１ 精确光线追迹３８５
Ｄ.１.１ 从第一个表面转换到正切于下一个表面的平面３８５
Ｄ.１.２ 从正切平面转换到密切球面３８６
Ｄ.１.３ 从密切球面转换到非球面３８８
Ｄ.１.４ 在非球面上折射３９０
Ｄ.１.５ 环形面或者球柱面的折射３９１
Ｄ.２ 光线追迹结果一览３９１
Ｄ.３ 倾斜或者偏心表面的光线追迹３９３
参考文献３９５
附录Ｅ 镜头设计方面的一些专业书籍３９５
Ｅ.１ 书籍３９５
Ｅ.２ 综述文章和一些书籍中的章节３９７
